區(qū)塊鏈技術(shù)下配電側(cè)電力市場交易平臺研究

王 冰，劉維揚(yáng)，陳獻(xiàn)慧，孫 洲，孫 可

(1.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2.國網(wǎng)紹興供電公司，浙江 杭州 312000)

近年來，以新能源發(fā)電和信息技術(shù)高度融合的能源互聯(lián)網(wǎng)為各類能源的規(guī)?；煤挽`活接入提供了可能的解決方案[1-2]。越來越多的市場主體從傳統(tǒng)單一能源消耗者或生產(chǎn)者轉(zhuǎn)型為具有獨(dú)立決策能力的電能產(chǎn)消者，以一種更加靈活多樣的方式參與到電力市場競爭中。在此新形勢下，如何構(gòu)建合理有效的配電側(cè)電力市場交易平臺，充分保障各市場主體的不同利益和能源資源的有效配置，是目前亟待解決的重點(diǎn)問題。

區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種分布式共享數(shù)據(jù)庫技術(shù)，其所具備的去中心化、透明性、公平性等特征與能源互聯(lián)網(wǎng)理念相契合[3-4]，可以一種互聯(lián)網(wǎng)下的格局與模式，在保障信任、促進(jìn)交易、達(dá)成認(rèn)證等多優(yōu)勢的前提下高效運(yùn)行，很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)電力交易機(jī)制中交易成本高、交易信息不對稱、交易數(shù)據(jù)效率和數(shù)據(jù)安全性低的不足[5]，為搭建多主體形式的能源互聯(lián)、信息與物理融合的電力交易平臺奠定基礎(chǔ)。

目前，對于區(qū)塊鏈技術(shù)在電力交易市場中的應(yīng)用，馬天男等[6-7]以一種契合區(qū)塊鏈思想的方法來解決配電側(cè)電力交易和需求響應(yīng)等問題，所提方法類似于區(qū)塊鏈的技術(shù)思路；平健等[8-9]基于區(qū)塊鏈以太坊平臺建立電力交易平臺，融合多方信息交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能合約與交易機(jī)制的結(jié)合；朱文廣等[10-11]在建立配電網(wǎng)區(qū)塊鏈架構(gòu)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了區(qū)塊鏈在需求側(cè)資源交易中的重要過程與關(guān)鍵技術(shù)。上述研究詳細(xì)探索了宏觀上區(qū)塊鏈的構(gòu)建原理和應(yīng)用設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了交易模型在多種應(yīng)用場景下的可行性，而對于區(qū)塊鏈底層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證還不夠翔實(shí)，市場主體的多元化需求與競爭未能與智能合約的優(yōu)勢充分結(jié)合。

本文將區(qū)塊鏈分布式記賬框架與電力交易智能合約模型相結(jié)合，在含多元市場主體的配電側(cè)交易框架下建立電力交易平臺。在滿足各交易主體利益的基礎(chǔ)上構(gòu)建點(diǎn)對點(diǎn)的分布式共享網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)交易的去信任化和安全化。通過算例了驗(yàn)證本文所提電力交易平臺的有效性，可為區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于配電側(cè)電力市場交易平臺的搭建提供參考。

1 區(qū)塊鏈下電力交易概述

1.1 區(qū)塊鏈和智能合約技術(shù)框架

區(qū)塊鏈實(shí)質(zhì)上是一系列數(shù)據(jù)區(qū)塊的列表，每個(gè)區(qū)塊均記錄了某一時(shí)段內(nèi)的全部交易數(shù)據(jù)，運(yùn)用了非對稱加密、默克爾樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、共識機(jī)制等技術(shù)。智能合約是區(qū)塊鏈中一個(gè)重要技術(shù)分支，一個(gè)由計(jì)算機(jī)處理的、可執(zhí)行合約條款的交易協(xié)議[12]，其將電力市場主體之間的競爭關(guān)系以邏輯代碼的方式進(jìn)行匹配，一旦達(dá)成合約執(zhí)行的判定條件則自動進(jìn)行相應(yīng)的交易。

區(qū)塊鏈下電力交易框架如圖1所示。上層模型中，參與交易的市場主體根據(jù)各自的目標(biāo)、需求和約束形成業(yè)務(wù)邏輯，在多方博弈競爭下相互達(dá)成智能合約。底層模型中基于區(qū)塊鏈的特征將達(dá)成的交易賬單添加到分布式賬本中，實(shí)現(xiàn)電力市場交易賬單的安全性、共識性和透明化。二者層次之間通過相互達(dá)成的合約電量和電價(jià)聯(lián)結(jié)。

底層所構(gòu)成的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)區(qū)塊主體如圖2所示。每個(gè)區(qū)塊主要包含區(qū)塊頭(圖中虛線框部分)和交易賬單兩部分。區(qū)塊頭包括序號、時(shí)間戳、Hash值等與上一區(qū)塊連接的信息，交易賬單主要包括一定時(shí)段內(nèi)某一電力市場主體與其他市場主體通過智能合約達(dá)成的合約電價(jià)和電量記錄。

圖2 數(shù)據(jù)區(qū)塊主體Fig.2 Main body diagram of data block

由此可整體上構(gòu)成透明、安全、可追溯的區(qū)塊鏈電力交易平臺網(wǎng)絡(luò)(以下簡稱交易網(wǎng)絡(luò))，為相互之間的電力交易提供點(diǎn)對點(diǎn)的分布式架構(gòu)；平臺上任意網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地位對等，實(shí)現(xiàn)去中心化、數(shù)據(jù)共享的功能。

1.2 電力交易流程

針對每個(gè)市場主體，基于區(qū)塊鏈的電力交易流程如圖3所示。

圖3 區(qū)塊鏈下電力交易流程Fig.3 Flow chart of power transaction under blockchain

上層框架流程中，每個(gè)市場主體向平臺注冊唯一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和各自的私鑰，獲取相應(yīng)的唯一公鑰，然后向電力交易池中發(fā)布包含自己公鑰、報(bào)價(jià)區(qū)間、電量需求等的請求信息；交易網(wǎng)絡(luò)根據(jù)每個(gè)市場主體的利益與約束條件與其余市場主體進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)交易達(dá)成智能合約，并自動形成合約賬單，包含售電主體、購電主體、合約電量和合約電價(jià)，還包括該筆賬單的數(shù)字簽名(由售電方的私鑰加密產(chǎn)生)和購電方私鑰加密而生成的數(shù)字簽名。

底層框架流程中，購電主體用售電主體的公鑰驗(yàn)證此交易的數(shù)字簽名是否合法，如果解密后與加密前信息不一致，交易網(wǎng)絡(luò)則拒絕此次交易賬單的添加，并對其非法行為進(jìn)行違約金懲罰；否則交易網(wǎng)絡(luò)對即將加入網(wǎng)絡(luò)的賬單進(jìn)行共識機(jī)制驗(yàn)證，從而形成新區(qū)塊并成功添加到交易網(wǎng)絡(luò)中，完成整個(gè)電力交易流程。

2 區(qū)塊鏈分布式賬本設(shè)計(jì)

本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)一種電力交易的分布式賬本，即一種在區(qū)塊鏈下各市場主體節(jié)點(diǎn)之間共享、復(fù)制和同步的數(shù)據(jù)庫。主體賬本結(jié)構(gòu)包括賬戶信息層、安全加密層、共識機(jī)制層和交易激勵層。各市場主體節(jié)點(diǎn)基于真實(shí)的賬戶和地址信息，通過加密技術(shù)和共識機(jī)制實(shí)現(xiàn)合法記賬，并獎勵交易參與者，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)都獲得一個(gè)唯一、真實(shí)賬本的副本，防篡改且透明可追溯。

2.1 賬戶信息層

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)市場主體均擁有專屬的公鑰和私鑰(16進(jìn)制數(shù)串)，公鑰與交易者真實(shí)身份、地址綁定，可以公開地發(fā)布給全網(wǎng)用戶，而私鑰只有用戶本人掌握。區(qū)塊鏈私鑰的設(shè)計(jì)保證了相應(yīng)賬戶地址下唯一所有權(quán)，一個(gè)賬戶地址有且只對應(yīng)一個(gè)私鑰。私鑰的使用采用Hash算法，即將一串字符串映射成另一段固定長度字符串的算法[13]，且二者是非獨(dú)立的關(guān)系，即私鑰經(jīng)過一系列加密運(yùn)算之后，可以得到地址，但是無法從地址反推得到私鑰。

2.2 安全加密層

不僅賬戶的公私鑰具有加密關(guān)系，各節(jié)點(diǎn)下的交易賬單也是加密的，體現(xiàn)在交易者的數(shù)字摘要和簽名上。數(shù)字摘要是對數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行Hash運(yùn)算，獲取唯一的字符串來指代原始完整的數(shù)字內(nèi)容，可以確保原始內(nèi)容未被篡改；市場主體可利用私鑰對摘要信息進(jìn)行簽名。售電主體用私鑰對交易賬單進(jìn)行加密后，其余用戶根據(jù)售電主體的公鑰解密來驗(yàn)證數(shù)據(jù)來源的真實(shí)性，可看作是簽名過程的逆運(yùn)算，其解密值如果與原始交易賬單中的數(shù)字簽名一致則說明此次交易有效，被許可加入?yún)^(qū)塊鏈賬本中。

2.3 共識機(jī)制層

區(qū)塊鏈具有分布式、自治性、開放可自由進(jìn)出等特性，所以不存在一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)來保障各個(gè)節(jié)點(diǎn)記賬的一致性[14]。本文采用工作量證明(proof of work，PoW)機(jī)制來保證加入?yún)^(qū)塊鏈的交易賬單達(dá)成共識。每個(gè)市場主體通過不斷地在尚未加入鏈的新區(qū)塊上加入隨機(jī)數(shù)(nonce)進(jìn)行Hash運(yùn)算，以通過解決密碼學(xué)難題(即工作量證明)競爭獲得本輪唯一記賬權(quán)。

因?yàn)槊枯唭H有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以成功記賬，并將新區(qū)塊信息添加到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，所以其余競爭失敗的節(jié)點(diǎn)將停止?fàn)帄Z記賬權(quán)，復(fù)制新區(qū)塊信息并添加到自己節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫下，由此保證了區(qū)塊鏈總賬本的唯一性和權(quán)威性，使全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)均達(dá)成共識、數(shù)據(jù)共享。

2.4 交易激勵層

隨著交易量的增加，為避免過多無效交易，交易網(wǎng)絡(luò)不斷提升達(dá)成共識的難度與成本，即需要Hash計(jì)算得出的數(shù)字以0開頭的位數(shù)不斷增加。因此，在共識機(jī)制中可引入合理的激勵機(jī)制，用于推動交易者積極地參與區(qū)塊鏈的發(fā)展，鼓勵有效記賬行為，使得共識節(jié)點(diǎn)最大化收益的利己行為與保障去中心化系統(tǒng)的安全和有效性的整體目標(biāo)相契合。在PoW機(jī)制中，交易網(wǎng)絡(luò)對贏得記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)添加一筆轉(zhuǎn)賬交易作為共識獎勵。

3 區(qū)塊鏈智能合約設(shè)計(jì)

微電網(wǎng)運(yùn)營商可以生產(chǎn)和售賣電量，也可以在缺電時(shí)購電；負(fù)荷聚合商可以收集分散的負(fù)荷資源再售出，賺取購售差額收益；電力大用戶以最小化購電成本為目標(biāo)進(jìn)行購電，不考慮售電過程。

3.1 市場主體需求合約分析

3.1.1 微電網(wǎng)運(yùn)營商需求合約

微電網(wǎng)自身調(diào)度能力有限或者內(nèi)部含有間歇性能源，其內(nèi)部發(fā)電量不一定持續(xù)與自身負(fù)荷平衡，對外呈現(xiàn)一定的電量富余或缺額[15]。在負(fù)荷高峰期，考慮到機(jī)組運(yùn)行、啟停機(jī)等成本，微電網(wǎng)運(yùn)營商會從負(fù)荷聚合商處購電，進(jìn)行調(diào)峰來優(yōu)化負(fù)荷平衡并降低成本；在負(fù)荷低谷期，微電網(wǎng)運(yùn)營商會將多余的電量出售給負(fù)荷聚合商和電力大用戶來獲利。

a.電量缺額時(shí)向外購電成本：

(1)

式中：Cb, it——第i個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商在時(shí)段t內(nèi)的購電成本；Pb, jit、Pb, ikt、Qb, jit、Qb, ikt——在時(shí)段t內(nèi)從其余第j個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商、第k個(gè)負(fù)荷聚合商的合約購電價(jià)和電量；N1、N2——微電網(wǎng)運(yùn)營商和負(fù)荷聚合商的數(shù)量。

b.電量富余時(shí)向外售電收益：

(2)

式中：Rs, it——第i個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商在時(shí)段t內(nèi)的售電收益；Ps, ijt、Ps, ikt、Ps, imt、Qs, ijt、Qs, ikt、Qs, imt——在時(shí)段t內(nèi)向其余第j個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商、第k個(gè)負(fù)荷聚合商、第m個(gè)電力大用戶的合約售電價(jià)和電量；N3——電力大用戶的數(shù)量。

3.1.2 負(fù)荷聚合商需求合約

為充分挖掘并利用大量中小負(fù)荷資源的響應(yīng)能力，負(fù)荷聚合商的概念應(yīng)運(yùn)而生。負(fù)荷聚合商擁有靈活的負(fù)荷資源，既可以整合中小型需求響應(yīng)資源以向微電網(wǎng)運(yùn)營商提供備用，又可以將多余的資源對外再分配，通過購售差價(jià)來賺取利潤。

a.向外購電成本：

(3)

式中：Cb, kt——第k個(gè)負(fù)荷聚合商在時(shí)段t內(nèi)的購電成本；Pb, ikt、Pb, klt、Qb, ikt、Qb, klt——在時(shí)段t內(nèi)從第i個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商、其余第l個(gè)負(fù)荷聚合商的合約購電價(jià)和電量。

b.向外售電收益：

(4)

式中：Rs, kt——第k個(gè)負(fù)荷聚合商在時(shí)段t內(nèi)的售電收益；Ps, ikt、Ps, kmt、Ps, klt、Qs, ikt、Qs, kmt、Qs, klt——在時(shí)段t內(nèi)向第i個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商、第m個(gè)電力大用戶、其余第l個(gè)負(fù)荷聚合商的合約售電價(jià)和電量。

c.儲能運(yùn)行成本：

Cr, kt=Pr, kQr, kt

(5)

式中：Cr, kt——第k個(gè)負(fù)荷聚合商在時(shí)段t內(nèi)的儲能運(yùn)行成本；Pr, k——第k個(gè)負(fù)荷聚合商的儲能單位運(yùn)行成本；Qr, kt——第k個(gè)負(fù)荷聚合商在時(shí)段t內(nèi)需要存儲的電量，即購售不匹配時(shí)的剩余電量。

3.1.3 電力大用戶的需求合約

電力大用戶直購電是新電改的重要一環(huán)，使得達(dá)到市場準(zhǔn)入門檻的大用戶可以與其余購售電企業(yè)以公平競爭、相互協(xié)商的原則直接進(jìn)行電力交易。為簡化模型并突出大用戶作為能源消費(fèi)者的角色，本文設(shè)計(jì)的交易網(wǎng)絡(luò)只考慮大用戶以最低購電成本為目標(biāo)與其他市場主體達(dá)成智能合約的行為。

(6)

式中：Cb, mt——第m個(gè)電力大用戶在時(shí)段t內(nèi)的購電成本；Pb, imt、Pb, kmt、Qb, imt、Qb, kmt——在時(shí)段t內(nèi)從第i個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商、第k個(gè)負(fù)荷集聚商的合約購電價(jià)和電量。

3.2 市場主體目標(biāo)合約

各市場主體目標(biāo)合約表達(dá)如下：

(7)

(8)

(9)

式中：Rt, M、Rt, A、Ct, U——在時(shí)段t內(nèi)N1個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商總的收益、N2個(gè)負(fù)荷聚合商總的收益和N3個(gè)電力大用戶總的成本。

3.3 市場主體約束合約

微電網(wǎng)運(yùn)營商售電量、電價(jià)約束：

(10)

Pmin,it≤{Ps, ijt,Ps, ikt,Ps, imt}≤Pmax,it

(11)

式中：Ks, it、Pmin,it、Pmax,it——第i個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商在時(shí)段t內(nèi)的售電能力、最低售價(jià)和最高售價(jià)。

負(fù)荷聚合商與電力大用戶的電量與電價(jià)約束與之類似，在此不再贅述。

4 智能合約解法

本文采用罰函數(shù)處理約束條件并引入目標(biāo)合約，基于多目標(biāo)粒子群算法實(shí)現(xiàn)各市場主體間智能合約的達(dá)成。每個(gè)粒子代表一種市場主體間各競價(jià)時(shí)段的購售電電價(jià)和電量曲線。最終尋優(yōu)獲得一系列的非劣解集，并采用模糊隸屬度函數(shù)法選取適當(dāng)?shù)恼壑凶顑?yōu)解決方案[16]。具體求解流程如圖4所示。

圖4 智能合約解法流程Fig.4 Solution flow of smart contract models

各市場主體的適應(yīng)度函數(shù)表示為

(12)

式中：Ft——在時(shí)段t內(nèi)各市場主體總適應(yīng)度函數(shù)；ft——在時(shí)段t內(nèi)各市場主體目標(biāo)合約；Vr,t——在時(shí)段t內(nèi)第r個(gè)約束的沖突函數(shù)；ωr——第r個(gè)約束條件的懲罰參數(shù)。

5 算例仿真

為驗(yàn)證本文所提交易機(jī)制的可行性，底層采用Python搭建區(qū)塊鏈分布式記賬系統(tǒng)，并用Postman進(jìn)行交互式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)測試；上層采用Matlab仿真達(dá)成智能合約的過程并進(jìn)行求解，最終的合約解記賬在底層系統(tǒng)。選取3個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商(M1、M2、M3)、2個(gè)負(fù)荷聚合商(A1、A2)和3個(gè)電力大用戶(U1、U2、U3)構(gòu)成市場競爭的主體。1臺PC機(jī)的主機(jī)IP地址(127.0.0.1)分別分配端口號5001～5008作為8個(gè)市場主體的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，端口號8080作為市場主體注冊平臺的接口。

5.1 算例數(shù)據(jù)

a.假設(shè)微電網(wǎng)運(yùn)營商和負(fù)荷聚合商內(nèi)部各主體的售電能力相同，市場主體總需求與總售電能力一致，保證電力交易的供需平衡。其數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[6]中算例數(shù)據(jù)。

b.對于相同市場類型內(nèi)部主體之間的交易，參考文獻(xiàn)[17]，簡化分析以下關(guān)系：考慮3種市場主體內(nèi)部之間設(shè)為統(tǒng)一的電價(jià)曲線，不同類型主體之間設(shè)置不同的交易價(jià)格曲線。假設(shè)微電網(wǎng)運(yùn)營商、負(fù)荷聚合商和電力大用戶之間的最低交易電價(jià)均取0.3 元/(kW·h)，最高交易電價(jià)分別取1.1元/(kW·h)、1.5元/(kW·h)和1.25元/(kW·h)，負(fù)荷聚合商的單位儲能成本取0.1 元/(kW·h)。

5.2 智能合約交易結(jié)果

執(zhí)行智能合約模型，各市場主體之間的合約電價(jià)結(jié)果如圖5所示(圖中，M-M表示微電網(wǎng)運(yùn)營商內(nèi)部之間的合約電價(jià)；M-A表示微電網(wǎng)運(yùn)營商與負(fù)荷聚合商之間的合約電價(jià)；其余關(guān)系以此類推)。以M1為例分析微電網(wǎng)運(yùn)營商的合約策略，求得其在各時(shí)段與其他市場主體之間的合約電量如圖6所示(圖中M1-M2為微電網(wǎng)運(yùn)營商M1與M2之間的合約電量，正值表示微電網(wǎng)運(yùn)營商M1從M2購電，負(fù)值表示售電，其余關(guān)系以此類推)。

圖5 各市場主體間合約電價(jià)Fig.5 Contract electricity price among market subjects

圖6 微電網(wǎng)運(yùn)營商1與其他主體的合約電量Fig.6 Contract electricity volume of microgrid operator 1 with other market subjects

由合約電價(jià)與電量結(jié)果可知，微電網(wǎng)運(yùn)營商是主要的電量售出方，在其內(nèi)部系統(tǒng)負(fù)荷較低時(shí)段(如夜晚至凌晨時(shí)段)，對外呈現(xiàn)電量富余，無購電需求。而此時(shí)負(fù)荷聚合商正收集閑置的資源，需求電量大，電力大用戶作為消費(fèi)者需求少。因此，微電網(wǎng)運(yùn)營商以較高的合約電價(jià)賣電給負(fù)荷聚合商，且低于與電力大用戶之間的合約電價(jià)，達(dá)到雙方利益平衡。隨著微電網(wǎng)運(yùn)營商自身內(nèi)部需求的提升，會產(chǎn)生一定程度的電量缺額，對外需求不斷增加，售電能力逐漸降低。而此時(shí)負(fù)荷聚合商已收集并存儲了一部分能源，具備一定售電能力，電力大用戶的用電需求也逐漸接近高峰。因此，此時(shí)負(fù)荷聚合商作為主要的電力售賣方，以較高的合約電價(jià)賣電給微電網(wǎng)運(yùn)營商與電力大用戶獲取最大利益。

負(fù)荷聚合商和電力大用戶之間合約策略具體的分析過程與微電網(wǎng)運(yùn)營商類似，在此不再贅述。

5.3 市場主體經(jīng)濟(jì)利益分析

以微電網(wǎng)運(yùn)營商M1、負(fù)荷聚合商A1和電力大用戶U1為例，圖7為智能合約下各時(shí)段的最優(yōu)利益分布。

圖7 微電網(wǎng)運(yùn)營商M1、負(fù)荷聚合商A1和電力大用戶U1各時(shí)段最優(yōu)利益分布Fig.7 Optimal interest distribution of microgrid operator 1, load aggregator 1 and large power user 1 at all times

M1在夜晚至凌晨時(shí)段主要進(jìn)行售電行為，與A1達(dá)成較多的合約電量，收益高。M1在下午時(shí)段售電能力高，故圖7中該時(shí)段內(nèi)M1獲得較高收益。隨著M1處于自身負(fù)荷高峰時(shí)，呈現(xiàn)對外電量缺額，需通過對外購實(shí)現(xiàn)整體收益最優(yōu)，如圖7中12 h及20 h左右所示。A1的購售電行為與M1相反，A1在凌晨時(shí)段主要進(jìn)行分散資源的收集與購取，導(dǎo)致利潤虧損，而隨著自身售電能力的逐漸升高和其他市場主體的需求變大，A1逐漸獲得高售電收益，彌補(bǔ)購電成本從而獲得最優(yōu)利潤。U1由于不具備對外售電能力，其達(dá)成的最低成本與其自身負(fù)荷需求變化相一致。

5.4 分布式賬本記賬結(jié)果

a.運(yùn)行底層區(qū)塊鏈分布式賬本，以M1參與電力市場平臺為例驗(yàn)證記賬過程。M1在8080端口注冊，獲得相應(yīng)的密鑰地址：私鑰(0x3082025b020……)、公鑰(0x30819f300d0……)。

b.M1通過端口節(jié)點(diǎn)5001向交易池發(fā)布自身電量需求、報(bào)價(jià)區(qū)間等請求信息，與其余各市場主體相互進(jìn)行交易需求匹配并達(dá)成智能合約，再以自己的私鑰對交易賬單進(jìn)行加密獲得交易數(shù)字簽名。

c.以M1與A2在時(shí)段14h內(nèi)達(dá)成的合約為例，Postman中測試得出的合約賬單包括數(shù)字簽名(0x22d2ec565……)、售電方地址(0x30819f300d0……)、購電方地址(0xa0b2e5e05……)、合約電價(jià)(“0.32”)、合約電量(“-2.07”)。

d.A2作為購電方，根據(jù)M1的公鑰對合約賬單進(jìn)行解密驗(yàn)證。交易網(wǎng)絡(luò)對驗(yàn)證通過的合約賬單完成工作量證明共識機(jī)制，上述過程所形成的新區(qū)塊信息包括當(dāng)前區(qū)塊號(2)、系統(tǒng)消息(“New Block Forged”)、隨機(jī)數(shù)(377)、上一區(qū)塊Hash值(0x5576057f40……)、新交易賬單與獎勵賬單(假設(shè)獎勵金額為1元)。

e.通過Postman軟件查看端口5001下的區(qū)塊鏈信息，軟件返回的JSON格式的信息如圖8所示。

圖8 節(jié)點(diǎn)端口5001下的區(qū)塊鏈信息Fig.8 Blockchain information under node port 5001

由圖8可知，節(jié)點(diǎn)5001下已包含2個(gè)區(qū)塊信息。block_number為當(dāng)前區(qū)塊的區(qū)塊號，第一個(gè)區(qū)塊稱作創(chuàng)世紀(jì)塊，nonce值為0，上一個(gè)區(qū)塊Hash值previous_hash為0；第二個(gè)區(qū)塊為本算例下新添加的交易區(qū)塊。timestamp為該區(qū)塊產(chǎn)生的時(shí)間；transactions為交易賬單詳情，與b、c、d中內(nèi)容相對應(yīng)：buyer_energy_address為購電方地址；price_contract為合約電價(jià)；seller_energy_address為售電方地址；volume_contract為合約電量；length為整個(gè)區(qū)塊鏈的高度即區(qū)塊的總數(shù)目。

至此，M1與A2在時(shí)段14h內(nèi)達(dá)成的所有區(qū)塊已成功被添加到交易網(wǎng)絡(luò)中。以此類推，M1與其余市場主體在其余時(shí)段內(nèi)所達(dá)成的智能合約也將以區(qū)塊的形式被逐一添加到交易網(wǎng)絡(luò)中，最終完成該算例下所有主體電力交易過程。

6 結(jié) 論

a.分析并概括了區(qū)塊鏈技術(shù)的功能特征、優(yōu)勢和實(shí)現(xiàn)模型，搭建了基于區(qū)塊鏈的配電側(cè)電力市場交易機(jī)制框架，能有效實(shí)現(xiàn)各市場主體高效、安全、可信任的去中心化調(diào)度與交易。

b.建立了微電網(wǎng)運(yùn)營商、負(fù)荷聚合商和電力大用戶之間的智能合約模型，積極競爭交易形成最優(yōu)合約電價(jià)和電量，并驗(yàn)證了區(qū)塊鏈分布式賬本的實(shí)現(xiàn)形式，為各市場主體的經(jīng)濟(jì)共贏提供完備的解決方案。